氧气瓶爆炸的案例分析和预防

氧气瓶爆炸的案例分析和预防

（浙江省工业气体协会专家组 叶必楠）

内容摘要：通过深冷法生产氧气中的危害因素的剖析，氧气瓶爆炸事故成为氧气生产行业共同关注的问题。。通过氧气瓶爆炸原因的分析和爆炸特征的辨识，提出了防止氧气瓶爆炸的措施。

关键词：深冷法生产氧气 最大危险性 氧气瓶爆炸原因 爆炸特征辨识 预防措施

1 问题提出

深冷法生产氧气、氮气、氩气的工艺过程中，最大的危险性是空分塔主冷爆炸，其次是高压氧压机燃爆，再次是氧气瓶爆炸。随着深冷法生产工艺技术水平的不断提高，设备不断改进、完善，工艺流程的操作压力越来越低，单位能耗不断下降，安全性也不断提高。进入2000年以来，深冷法生产工艺流程采用了全低压（加工空气压力低于1MPa以下）设备，空气压缩机的气缸采用无油润滑；膨胀机采用不带油离心式膨胀机，彻底解决了油脂带入空分塔的问题，杜绝了冷凝蒸发器由于油脂造成的爆炸事故；采用空气水冷却塔和分子筛净化的工艺流程，清除了乙炔等大部分碳氢化合物，避免了碳氢化合物引起的主冷爆炸的危害因素，近十年来空分塔运行中似乎没有发生爆炸事故的案例。 氧气压缩机燃烧、爆炸事故，案例最多的是三级压缩用水润滑的15MPa氧压机，进入2000年以来普通采用了五级压缩、无水润滑的氧压机替代了原来三级压缩用水润滑的氧压机，不但单耗下降，由于压缩比小，压缩后温度从原来＞200℃，下降＜160℃；同时氧压机进口配带铜丝网过滤器，事故案例逐年下降，近年来很少发生。

氧气瓶爆炸事故，近年来上升至氧气生产行业危害最大、死伤人员最多的环节，据作者收集了2001年至2009年的部分（76起）事故案例中，每年至少发生8起，最多发生20起。每起爆炸一般死伤2-3人，最多死5人，重伤3人。氧气瓶爆炸事故典型案例如下：

1.1 2003年8月16日14：30，徐州市沛县芦发气体充装站充装氧气，当压力达8MPa时发生爆炸，充装台一组15只支阀焊接点全部被气浪冲断，一人当场死亡。爆炸的原因是误将磷苯二甲酸二丁脂当作四氯化碳使用。

1.2 2004年7月29日, 浙江台州的一家气体厂，在充装氧气过程中，当氧气充装压力达到10MPa时，突然发现从瓶阀螺纹口冒出火光，操作工立即打开放空阀，关闭切换阀，为阻止其他气瓶的气体倒流，即去关闭充装支阀，因集合管及充装支阀与气瓶同在防爆墙一侧，还没有来得及去关闭，瞬间气瓶发生了粉碎性爆炸，把气瓶炸成6块，其中一块碎片将一名实习操作工头骨击开，脑浆溢出，当场死亡。另一名操作工小腿被碎片击断两处，强大气浪冲击波将其腹部、胸部击伤，脾脏击破，经抢救虽保住了性命，但造成终身残废，至今尚在医院受医.

1.3 2008年11月21日上午10时15分左右，湖北省阳新县富池镇一民营企业制氧车间作业，在生产氧气时，一只氧气瓶突然爆炸，发生氧气瓶爆炸事故，爆炸产生的强大冲击波，造成一生产车间坍塌、两名工人当场死亡。

1.4 2008年12月9日上午9时30分许，山东省胶南市辛积路朱家庄一家化工厂，工人卸货时，氧气瓶发生爆炸，将一名送货工炸伤，送到医院抢救无效死亡。

1.5 2009年12月9日，浙江台州一家制药厂在切割钢制平台过程中，在瓶阀打开的瞬间，氧气瓶发生爆炸，炸死5人。

氧气瓶爆炸事故成为氧气生产行业共同最为关注的问题。

2 氧气瓶爆炸的原因分析

从76次事故发生的时机来看基本发生在充装过程和打开氧气（满）瓶阀时。从氧气生产厂家充装之前瓶检情况来看最危险的是，氧气瓶内有油脂；氧气瓶阀带黄油；氧气瓶从其它气瓶改装，允许充装压力只有3MPa的低压瓶当15MPa的氧气瓶来充装；氧气瓶检验周期超期；氧气瓶严重腐蚀等。从发生事故后分析的原因来看，引起氧气瓶爆炸的原因可分为物理爆炸和化学爆炸。

2.1 引起氧气瓶物理爆炸的主要原因有：

2.1.1 低压瓶（3MPa）或从旧货市场买来的报废瓶改装后来充氧气。

2.1.2 使用周期超过30年的气瓶。

2.1.3 气瓶内外表面腐蚀，瓶壁减薄，强度下降。特别是沿海地区海滩上使用的氧气瓶内进海水。

2.1.4 气瓶机械损伤，在运输、装卸、搬运过程中摔打、撞击等野蛮行为，气瓶疲劳且受到强烈冲击、碰撞等外力使气瓶受伤。

2.1.5 气瓶超过检验期限，且残余变形率超过10﹪报废的钢瓶。

2.1.6 气瓶充装压力过高，超过设计规定的允许压力。

2.1.7 气瓶已达到设计规定的压力（即满瓶），当瓶身被加热时，随着瓶内温度的升高，压力上升，且钢质气瓶温度升高到一定程度，气瓶强度随温度升高而下降，超过极限时，就极易引起爆炸。

2.1.8 气瓶材质不符合要求，或制造存在缺陷。

2.1.9 在高压状态下氧气阀门开启过快，氧气流速过快，管道流速超过规定等，可能引起燃烧、爆炸。

2.1.10 气瓶充装时介质温度过低，低于设计规定的温度，气瓶材料产生冷脆。

2.2 引起氧气瓶化学爆炸的主要原因有：

2.2.1 气瓶内有油脂。根据高压氧的特性，当氧气压力高于2.94 MPa时，与油脂直接接触，会产生激烈的氧化反应，发生自燃和爆炸。随着氧气压力的升高和氧气纯度的提高，燃烧会越来越激烈。带油脂的氧气瓶在装卸、搬运过程中或阀门开关过快时，都会引发燃爆事故。因此，油脂是氧气瓶爆炸最危险的因素之一。

2.2.2 将易燃气体的瓶子来充装氧气。用户自行改装钢瓶，将氮气瓶、氟利昂钢瓶涂上天蓝色漆来充氧气。众所周知，氮气瓶、氟利昂中含有机油，因此，用氟利昂瓶和氮气瓶来充氧，爆炸难以避免。

2.2.3 氧气瓶中混入可燃性气体。使用氧气瓶剩余压力过低，乙炔窜入氧气瓶。用电解氢制氧时，氢气在氧气中的爆炸范围为4.65﹪-96﹪时，就易引起爆炸。

2.2.4 氧气瓶阀的垫片零件含有油脂或用有机易燃材料制造，在打开或关闭时摩擦产生热或静电火花，会点燃瓶内易燃物而燃爆。在现实充装前气瓶检查中，发现气瓶阀门螺纹有油脂，经追综，用户在阀门开关中感到较紧，就在气瓶阀门螺纹加牛油。

2.2.5 氧气瓶外表有油脂未清洗干净，充装时高压氧泄漏出来，碰油脂使氧气瓶燃烧。 3 氧气瓶物理爆炸和化学爆炸特征的辨识

氧气瓶是物理爆炸还是化学爆炸，可以从以下方面加以辨识，物理爆炸破坏的特征：

3.1 氧气钢瓶物理爆炸可分为延性破裂和脆性破裂、疲劳破裂和腐蚀破裂，并分别具有明显的特征：

3.1.1 延性破裂的特征：破裂容器发生明显的变形，直径增大，壁厚减薄；破裂断口呈暗灰色据齿形的纤维状，没有闪烁金属光泽，断口不齐平，与主应力方向成45°角，断口是斜断的；一般不产生碎裂；实际爆炸压力接近计算压力。

3.1.2 脆性破裂的特征：没有明显的伸长变形，壁厚一般没有减薄；裂口齐平，断口呈闪烁金属光泽结晶状，有人字形纹路；常破裂成碎块；常发生于温度较低或容器本身有裂纹及高强度钢制造的容器，因此破裂时压力水平较低。

3.1.3 疲劳破裂的特征：钢瓶没有明显的塑形，直径没有明显增大，壁厚没有明显减薄；破裂断口存在两个区域：一是疲劳裂纹产生及其扩展区，另一个是最后断裂区；不像脆性产生碎片而只有一个开裂破口；破裂是在压力反复交变后发生。

3.1.4 腐蚀破裂的特征：均匀腐蚀使容器壁均匀减薄，当其厚度不能承受压力时破裂；具有延性破裂的特征；晶间腐蚀是沿金属晶间局部腐蚀、破坏；应力腐蚀或疲劳腐蚀都是在腐蚀介质和应力共同作用下的一种破坏形式。

3.1.5 物理爆炸时没有烟火，但氧气喷出时遇到明火会引起火灾。

3.1.6 物理爆炸多数发生在装卸、倾倒时，也可能发生在充装、贮运过程中。或火灾过程中环境温度升高。

3.1.7 物理爆炸的威力与理论计算接近。

3.2 化学爆炸破坏的特征：

化学爆炸是在具备可燃物、助燃剂和引燃引爆能量3个条件下发生的，爆炸威力大。

3.2.1 化学爆炸兼备延性和脆性破裂的特征。爆炸发生在高应力状态，气瓶呈现较大的变形，但升压过程极短，未达到完全变形就破裂，所以变形量不大，断裂口呈延性破裂的特征，但主应力方向成45°角。也有的呈脆性破裂的特征，裂口与主应力方向垂直、齐平，或呈U形；爆炸呈碎片或碾成平板。

3.2.2 爆炸能量远远大于物理爆炸所释放的能量。根据可燃气体的成分和含量不同，爆炸能量可达物理爆炸时的4-90倍。

3.2.3 爆炸时发出火光，引起可燃物燃烧。爆炸后的残片中一般留有炭黑。但氢气引起的爆炸残片中没有炭黑。

3.2.4 具有特定的爆炸时机。当氧气瓶内存在一定的油脂时，一般发生在氧气充装压力超过3MPa以后，也有发生在关瓶阀的瞬间。可燃性气体引起的爆炸一般发生在充装关瓶时，或打开瓶阀用气时，也有发生在气割或气焊时。

4 预防氧气爆炸的措施

鉴于氧气瓶爆炸破坏很大，对人民生命财产威胁很大，国家对这方面的有很多规定，预防氧气瓶爆炸的根本措施是遵守国家有关的规范、规程和规定等法规，制定出切实可行的安全规章制度，严格按有关规定操作：

4.1 遵守国家有关的规范、规程和规定，建立安全管理体系。

4.1.1 充氧站的设计必须由相应设计资格的单位承担，设计单位必须遵循GB 50030《氧气站设计规范》、GB 50016《建筑设计防火规范》等有关规定，并当地政府机关组织专家设立审查批准后，才能建站施工。

4.1.2 充氧站的设备和气瓶的采购必须是有生产许可证、经国家批准有资格单位生产的产品。

4.1.3 充氧站安装施工单位必须具备相应的资格证书，必须遵守GB 50235《工业金属管道工程施工及验收规范》、GB 50236《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》等和设计图纸的规定。

4.1.4 充装站必须符合GB17264《永久气体气瓶充装站安全技术条件》的规定，建立安全质保体系，制定可操作的、符合国家有关规定的规章制度，并经（地区）市级安全监察机构批准，办理注册登记手续及现场考核合格方可充装营业。

4.2 安全设施要定期校验

4.2.1 充氧站应设臵可靠的防雷装臵，接地电阻不得大于10Ω；管道、阀门应设臵导除静电的接地装臵，接地电阻不得大于10Ω。并经国家批准有资格单位每年校验一次。

4.2.2 充氧站应设臵安全阀、压力表，并定期进行检验;压力表每半年校验一次；安全阀每年校验一次。

4.3 气瓶充装人员必须持证书上岗

充装管理人员和充装工必须经专业培训，考核合格，发给合格证书方能上岗。充装人员必须严格遵守有关法规和规章制度。特别是气瓶充装前的气瓶检查人员素质要求，应从气瓶充装操作工中挑选，具有丰富的经验并具有十分认真负责的人员担任。

4.4 气瓶充装前必须严格按《气瓶安全监察规程》进行检查; 气瓶检查的内容：

4.4.1 检查气瓶是否由具有“气瓶制造许可证”的单位生产的；进口气瓶是否经国家核准的单位检验，具有合格检验钢印；

4.4.2 检查气瓶的颜色标志是否与所充装气体规定的相符；钢瓶的介质钢印与气瓶颜色与所充的介质是否相符；

4.4.3 检查气瓶阀门螺纹是否与所充装体介质所规定的螺纹一致；

4.4.4 检查气瓶外表有无裂缝、严重腐蚀、明显损伤、变形等缺陷；必要时应进行音响试验。

4.4.5 检查气瓶内有否余气，必要时对余气进行鉴别，对有怀疑的气瓶应隔开处理；

4.4.6 氧气瓶外表、瓶身、瓶阀有否油脂；

4.4.7 检查气瓶安全附件是否齐全和符合规定；

4.4.8 检查气瓶是否在检验有效期内；

4.4.9 按《瓶规》，气瓶实行固定充装制度，只充装自有气瓶和托管气瓶；

4.4.10 充前钢瓶温度低于0℃或高于60℃的，瓶内压力大于10MPa的。

4.5 气瓶检查中发现的问题必须认真处理，否则不得进行充装。

4.5.1 发现无剩余压力的气瓶，将瓶阀卸下，检查瓶内有无油脂及杂质，除压缩空气瓶外，都应经抽真空，臵换分析瓶内气体介质符合质量要求后才能进行充装；

4.5.2 检查时发现瓶内有积水时，应将积水倒净方可充装；

4.5.3 氧气瓶沾有油脂应经内外严格脱脂后，再经抽真空臵换后才能充装；

4.5.4 对附件不齐的气瓶应按要求配齐附件才能充装；

4.5.5 气瓶温度低于0℃或高于60℃待达到室温后再充装；

4.5.6 有下列情况的气瓶不得进行充装；

（1）不具备气瓶制造许可证单位生产的气瓶，或未经省安全监察机构批准认可的进口瓶。

（2）颜色的钢印标记不符合规定的气瓶或钢印标识模糊不清不能辨别的；

（3）超过检验有效期的气瓶；

（4）使用年限超过30年的气瓶；

（5）已明确报废的气瓶；

（6）严重腐蚀、明显损伤、变形的气瓶；音响不正常的气瓶；

（7）气瓶螺纹与所充气体介质不符合的气瓶；

（8）检查瓶内气体介质与所要充装介质相抵触的气瓶；

（9）不符合气瓶固定充装制度，不是本单位到自有气瓶和托管气瓶。

4.6 气瓶检查中发现的问题必须认真作好记录：包栝气瓶来源单位名称、数量；检查合格气瓶企业雕刻号；

4.7 检查时发现有问题气瓶不符合规定的情况及处理意见.。

4.8 气瓶充装中要严格遵守以下规程：

4.8.1 充装前的准备工作

（1）检查充装排上的压力表、安全阀是否在校验有效期内，充装夹具、阀门是否完好；

（2）检查充装气瓶是否经专业人员检查合格，将检查合格的气瓶搬上充装架﹙充装架应有编号﹚前依次排好，边搬边看有否不符合《瓶规》的气瓶来充装。

（3）将气瓶瓶阀与充装夹具连接好，氧气瓶充装必须采用防错装接头，用铁链固定好气瓶。

（4）打开瓶阀和放空阀，将瓶内余气放空到大气压力，打开抽真空阀进行抽真空到-0.06MPa后稳定5min, 关闭抽真空阀。

（5）缓慢充装排上的总进口阀开始充气，当瓶内压力达到0.5MPa关闭总进口阀待充。

4.8.2 充装操作：

（1）当一组充装压力达到规定时，缓慢打开另一组充装排上的总进口阀开始充气，并把已充好一组充装总阀关严，开足另一组充装总阀。

（2）充装排切换后，检查充装接头有否漏气。

（3）关闭已充装好气瓶的瓶阀，卸开与气瓶联接的夹具，用无脂肥皂水检查瓶阀是否泄漏，然后对充好气瓶纯度进行抽验纯度，若纯度判定合格则贴上合格证和警标标签，戴好安全帽，送往仓库备发往用户。

（4）另一组充装压力随时间延长而升高，当压力达到5MPa时，应逐只检查瓶身的温度变化情况和瓶阀与夹具联接处的气密性，若发现瓶身温度特别高或特别低应卸下该瓶进行处理，发现漏气应切断充气排上的分阀和瓶阀，然后重新固定夹具再充。

（5）当充气排上压力达到9 MPa时，再次检查每只气瓶的温度上升情况和气密性情况，若工作正常，继续升压。操作者应离开充装瓶间防爆墙，在充装总阀旁监视充气压力。

（6）当充装压力达到将近14.7 MPa时，应稍稍开启待充排的总阀，控制充装压力不下降，然后缓慢关小已充好排的进气总阀，直至关严，缓慢打开待充排总阀，直至全开。重复上述操作过程。

（7）气瓶充装要认真作好记录：包括充装起始，终止时间，充装瓶编号、充装架编号、室温、瓶温、压力、检验结果，以及充装过程中检查发现的充问题，充装人签名，气瓶发给单位名称、数量。

4.8.3 工业氧充装中应注意事项；

（1）充装台的压力表精度不低于1.5级，且每半年校验一次；安全阀每年校验一次。氧气瓶必须每3年定期检验1次，有怀疑时应及时检验

（2）充装夹具和阀门连接处发现泄漏应先切断气源卸压处理，不得带压修理。

（3）充装过程中要检查气瓶温度，发现异常温度要停止充气拆下检查。

（4）氧气充装线应采用防错装接头充装；禁止工业氧、医用氧或氮气在同一充装台上充装。

（5）氧气瓶充装速度不得大于8m3/h,且充装时间不少于30分钟。特别是多台氧压机充气时要注意流速不得高于该压力的允许充装速度范围。

（6）氧气阀门的开关要缓慢，尽可能一次开足或一次关闭，防止激发能源。

（7）为了限制充装流速，同批充装气瓶不得任意减少，也不准充装中途插入空瓶进行充装。

（8）氧气阀门的开关要缓慢，尽可能一次开足或一次关闭，防止激发能源。

（9）充氧软管必须用铜合金或不锈钢，不准用橡胶软管

（10）用低温液体充装的气源温度必须高于0℃以上。

（11）注意充装压力不得超压，充装压力达到折合20℃时，不得超过气瓶的公称压力。在充装过程中，当充装压力﹥10 MPa时，任何人不得进入防爆墙，待充装结束，才能进入操作。

（12）操作工的手上、劳保用品、工具要忌油，沾有油渍时，禁止与氧气瓶、充氧阀门接触；

（13）氧气瓶充装中要有防倒链条保护。

（14）气瓶充装器具不准直接轧在瓶阀的安全帽上。

（15）充氧用的灭火器药剂不得含油。

（16）气瓶充装结束要进行检验包括纯度，压力要达到有关标准的要求；合格产品贴上合格证。

（17）每只气瓶要贴上符合国标GB168047《气瓶警示标签》的警示标签。

4.9 工业氧搬运、使用中应注意事项：

（1）氧气瓶不准与其他气瓶混放，好、坏、空、实瓶应分别存放。

（2）存放气瓶时，应戴好瓶帽，放臵正齐，留出通道。气瓶立放时，应设防倒装臵。气瓶卧放时，应防止滚动，头部朝向一方，堆放气瓶不宜超过五层。

（3）气瓶库内不准有地沟、暗道，严禁明火和其他热源。气瓶库内应通风、干燥，避免阳光直射。

（4）气瓶搬运中要戴好安全帽，防震圈。

（5）气瓶搬运中要轻卸，严禁抛、滑、滚、碰。

（6）运输工具要有明显的安全标志。

（7）气瓶内气体相互接触能引起燃烧、爆炸的气瓶，不得同车一起运输。易燃、易爆、腐蚀物品或与气瓶内气体相互起化学反应的物品，不得与氧气同车一起运输。

（8）气瓶装在车上，应加以固定。卧放时，头部朝向一方，垛高不得超过车厢高度，且不超过五层。立放时，车厢高度应在瓶高的三分之二以上。

（9）运输气瓶的车、船应避免白天经过繁华市区，运输气瓶的车、船不准在繁华市区、重要机关附近仃靠；车、船仃靠时，司机与押运员不准同时离开。

（10）气瓶使用前应进行安全检查，对盛装气体进行确认，

（11）气瓶使用使用单位不准更改气瓶的颜色和钢印标志，严禁改装气瓶。

（12）气瓶贮存、使用离明火距离不得小于10m。

（13）充满的气瓶不得在阳光下曝晒,夏季要有遮阳设施..

（14）冬季使用中发现瓶阀冻结时严禁明火烤，应用开水解冻。

（15）使用中立放时应有防倾倒措施，严禁敲、打、碰、撞。

（16）瓶内气体不得用尽，必须留有0.05MPa的剩余压力；

（17）启闭阀门要缓慢。

（18）氧气阀门、氧气瓶垫片、垫圈是严格忌油的；要用规定的材质，不得改用未经安全试验的材料。

（19）定期对供氧系统的易泄漏的部位进行查漏，严禁氧气泄漏后与油脂、易燃、易爆物直接接触。

（20）在有可能引起气体回流的场合，使用设备应配臵防止倒灌装臵，如单向阀、止回阀、缓冲罐等。

（21）与氧气瓶连接的接头、管道、阀门、减压器应用铜合金制造，使用前应严格进行安全检查，严禁沾染油脂和溶剂，内部不准积有锈渣、焊渣及其他机械杂质。 结束语

氧气瓶爆炸事故虽然危害大，但是，只要我们严格遵守《气瓶安全监察规程》等国家有关的规范、规程和规定，建立安全管理体系。制定出切实可行的安全规章制度，严格按有关规定操作，氧气瓶爆炸事故是可以避免的。（2010年11月）